专题三-三种四类简单机械的机械效率

专题三三种四类简单机械的机械效率考点聚焦归类示例考向解读_在安徽中考的考纲中，“理解机械效率的普遍意义”这一要求奠定了不同机械的机械效率在安徽中考中的考查方向。关于三种四类简单机械的机械效率，安徽中考每年必考，2009年和2013年在实验题中考查了测量滑轮组机械效率实验中的操作注意事项、实验操作的目的及影响滑轮组机械效率的因素；在2011年的安徽中考中以实验题的形式考查了杠杆机械效率的计算和影响杠杆机械效率的因素；2010年的安徽中考和2008年的安徽中考均以填空题的形式考查了滑轮组机械效率的计算；2007年和2012年分别以计算题和选择题的形式考查了斜面的机械效率的计算。由于斜面的机械效率与高中的受力分析有密切专题三┃三种四类简单机械的机械效率考点聚焦的联系，再加上本部分对于简单机械、功、功率等内容的综合考查程度较高，可以覆盖较多的知识点，所以在2014安徽中考中仍然是考查的重中之重。此外，复习过程中，可以对于轮轴的机械效率适当涉及。图解机械效率的“四个模型”专题三┃三种四类简单机械的机械效率装置图有用功W有用＝GhW有用＝GhW有用＝fs物W有用＝Gh归类示例考点聚焦专题三┃三种四类简单机械的机械效率额外功总功机械效率η＝W有用W总＝GhFs①η＝W有用W总＝GhFs＝GnF；②不计摩擦时η＝W有用W总＝fs物Fs＝fnF①η＝W有用W总＝GhFs；②η＝GhGh＋fs克服杠杆自重、摩擦做的功，W额外＝W总－W有用克服动滑轮的自重、绳与滑轮之间的摩擦做的功，①W额外＝W总－W有用；②若不计摩擦，W额外＝G动hW额外＝W总－W有用克服摩擦力所做的功，①W额外＝W总－W有用；②W额外＝fsW总＝FsW总＝FsW总＝FsW总＝Fs归类示例考点聚焦类型一滑轮组的机械效率例1在新农村建设中，为将一批建材运到10m高的施工处，工人利用如图TZ3－1所示的滑轮组提升建材。装置中动滑轮重100N，工人每次匀速提升一箱重400N的建材，不计绳重和摩擦。试问：(1)每次提升建材时所做的有用功、额外功各是多少？(2)该滑轮组的机械效率是多少？专题三┃三种四类简单机械的机械效率类型聚焦4000J1000J80%归类示例考点聚焦(3)为加快施工进度，张师傅建议用电动机作动力替代人提升建材。为了安全，改装后每次可吊起四箱建材，建材匀速上升时的速度为0.4m/s。仓库中现有两台电动机，型号分别为“220V0.8kW”“220V3kW”，请你通过计算说明应选哪台电动机才能使配置更为合理。专题三┃三种四类简单机械的机械效率图TZ3－1“220V0.8kW”更合理。归类示例考点聚焦专题三┃三种四类简单机械的机械效率[解析]有用功是提升建材所做的功，用公式W有＝Gh求得，额外功是提升动滑轮所做的功，用公式W额＝G动h求得；滑轮组的机械效率可根据公式η＝W有W总＝W有W有＋W额外求出；先根据速度公式的变形式t＝sv求出提升建材需要的时间，再利用功率公式P＝W总t求得提升四箱建材的总功率，选择电动机的功率要等于或稍大于提升四箱建材的总功率。解题过程如下：(1)有用功W有＝Gh＝400N×10m＝4000J，额外功W额＝G动h＝100N×10m＝1000J；归类示例考点聚焦专题三┃三种四类简单机械的机械效率(2)由于总功W总＝W有＋W额＝4000J＋1000J＝5000J，故机械效率η＝W有W总＝4000J5000J＝80%；(3)提升四箱建材时的总功W′总＝W′有＋W′额＝4×4000J＋1000J＝17000J，将重物匀速提升至10m高处所需时间t＝sv＝10m0.4m/s＝25s，则提升四箱建材的总功率P＝W′总t＝17000J25s＝680W＝0.68kW，故应选择型号为“220V0.8kW”的电动机才能使配置更为合理。归类示例考点聚焦类型二杠杆的机械效率例2[2011·安徽]某实验小组的同学利用如图TZ3－2所示的装置研究杠杆的机械效率。实验的主要步骤如下：专题三┃三种四类简单机械的机械效率图TZ3－2归类示例考点聚焦专题三┃三种四类简单机械的机械效率①用轻绳悬挂杠杆一端的O点作为支点，在A点用轻绳悬挂总重为G的钩码，在B点用轻绳竖直悬挂一个弹簧测力计，使杠杆保持水平；②竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升(保持O点位置不变)，在此过程中弹簧测力计的读数为F，利用刻度尺分别测出A、B两点上升的高度为h1、h2。回答下列问题：(1)杠杆机械效率的表达式为η＝___________。(用已知或测量的物理量符号表示)Gh1Fh2×100%归类示例考点聚焦(2)本次实验中，若提升的钩码重一定，则影响杠杆机械效率的主要因素是：__________________。(3)若只将钩码的悬挂点由A移至C，O、B位置不变，仍将钩码提升相同的高度，则杠杆的机械效率将________(选填“变大”“变小”或“不变”)。专题三┃三种四类简单机械的机械效率杠杆的自重变大归类示例考点聚焦专题三┃三种四类简单机械的机械效率[解析]本题把机械效率问题置于用杠杆提升重物这一全新背景来考查，只要把机械效率的定义式η＝W有用W总×100%作为思考的起点进行分析即可。使用杠杆的目的是把钩码G提升h1，因此，有用功为Gh1，总功为Fh2；影响机械效率高低的因素有机械自重和摩擦，因此影响杠杆机械效率的主要因素是杠杆的自重；要想提高机械效率，只要使W有用W总变大；因总功是因变量，所以可以从提高有用功角度出发，也可以从减小额外功的角度出发；钩码由A移至C时，首先要考虑提升同样的高度时，W有用不变；还要考虑物体移动后，杠杆重心提升的高度减小，所做的额外功减小，总功减小，导致机械效率变大。归类示例考点聚焦类型三斜面的机械效率例3某人用50N的拉力将重160N的物体沿斜面匀速拉上长为4m、高为0.8m的斜面顶端，则该斜面的机械效率η和斜面对物体的摩擦力f的大小分别为()A．η＝64%，f＝32NB．η＝50%，f＝18NC．η＝64%，f＝18ND．η＝80%，f＝32N专题三┃三种四类简单机械的机械效率C归类示例考点聚焦专题三┃三种四类简单机械的机械效率[解析]知道物体的重力和提升的高度，根据公式W有＝Gh求出拉动物体时做的有用功；知道拉力和斜面长度，根据公式W总＝Fs求出拉力做的总功；根据公式η＝W有W总求出斜面的机械效率；知道总功和有用功，利用公式W额＝W总－W有求出拉力克服摩擦做的额外功，根据公式W额＝fs求出摩擦力的大小。具体过程为：拉力做的有用功：W有＝Gh＝160N×0.8m＝128J，拉力做的总功：W总＝Fs＝50N×4m＝200J，该斜面的机械效率：η＝W有W总＝128J200J＝64%；归类示例考点聚焦专题三┃三种四类简单机械的机械效率点评此题主要考查的是对有用功、总功、额外功和机械效率计算公式的理解和掌握，知道在本题中克服摩擦力做的功是额外功是解决此题的关键。拉力克服摩擦做的额外功：W额＝W总－W有＝200J－128J＝72J，因W额＝fs，故斜面对物体的摩擦力：f＝W额s＝72J4m＝18N。归类示例考点聚焦例4[2011·安徽]斜面是一种常见的简单机械，在生产和生活中利用斜面提升物体可以省力。如图TZ3－3所示为倾角θ＝30°的固定斜面，用平行于斜面的拉力F＝4N将一物体从斜面底端匀速拉上斜面，已知物体上升的高度h＝1m。(1)求拉力F做的功。专题三┃三种四类简单机械的机械效率8J归类示例考点聚焦(2)若斜面的高度H一定，倾角θ可以改变，试推导：在不考虑摩擦时，用平行于斜面的拉力F将重为G的物体匀速拉上斜面顶端，θ越小，F越小。专题三┃三种四类简单机械的机械效率图TZ3－3斜面的长s＝Hsinθ，不考虑摩擦时，W有用＝W总，即GH＝FHsinθ，得F＝Gsinθ，故G一定时，θ越小，F越小。归类示例考点聚焦专题三┃三种四类简单机械的机械效率[解析]在直角三角形中，30°角对应的直角边是斜边长的一半，所以当物体上升1m高度时，拉力作用点移动的距离是2m，可根据W＝Fs求拉力做的功，W＝Fs＝4×2J＝8J；若斜面的摩擦不计，根据功的原理，则W有用＝W总，根据直角三角形知识和斜面高一定可知，斜面长为s＝Hsinθ，所以有GH＝FHsinθ，即F＝Gsinθ，当G一定时，θ越小，sinθ值越小，F越小。归类示例